اندازه‌گیری دقیق ثابت هابل به کمک "آژیرهای تاریک"

یک گروه از دانشمندان راهکاری به نام "آژیرهای تاریک" را برای رویدادهای موج گرانشی پیشنهاد کرده‌اند که می‌تواند یک بحران کیهان‌شناسی را حل کند.

در این سال‌های گذشته، کیهان‌شناسان با یک چالش روبرو شده‌اند: کیهان دارد گسترده می‌شود (انبساط می‌یابد)، ولی هیچ کس نمی‌تواند بر سرِ "یک سرعت" برای دور شدن اجرام از زمین توافق کند.

زیرا روش‌های گوناگون برای اندازه‌گیری ثابت هابل (یک پارامتر بنیادی که این گسترش را توصیف می‌کند) به پاسخ‌های گوناگون انجامیده است.

نماهایی از یک ستاره‌ی متغیر قیفاووسی در گذر زمان، گونه‌ای شبچراغ کیهانی که می‌تواند برای سنجش نرخ گسترش کیهان به کار رود. تصویر بزرگ‌تر

ولی اگر تنها یک بار شانس بیاوریم و چیزهایی که به نام آژیرهای تاریک شناخته شده‌اند را آشکار کنیم، این می‌تواند در گره‌گشایی از این تنِش به ما کمک کند. آژیرهای تاریک سیاهچاله‌ها یا ستارگان نوترونی‌ای هستند که برخوردشان را می‌توان در آشکارسازهای موج گرانشیِ روی زمین آشکار کرد، ولی از دید تلسکوپ‌های معمولی نادیده می‌مانند.

با گسترش کیهان، کهکشان‌ها با سرعتی که به فاصله‌ی آنها از زمین بستگی دارد از ما دور می‌شوند. این نسبت میان سرعت و فاصله به نام ثابت هابل شناخته می‌شود، برگرفته از نام اخترشناس آمریکایی، ادوین هابل که نخستین بار در دهه‌ی ۱۹۲۰ اندازه‌ی این ثابت را محاسبه کرد.

برخی پژوهشگران با نگاه کردن به ستارگانِ متغیرِ ویژه‌ای به نام متغیرهای قیفاووسی در کیهانِ نزدیک، اندازه‌گیری‌های نوین و بسیار دقیقی برای ثابت هابل انجام داده‌اند. ولی یک روش دیگر که با آن هماوردی می‌کند بر پایه‌ی کهن‌ترین نور کیهان است، یعنی تابش زمینه‌ی ریزموج کیهان (سی‌ام‌بی) که از ۳۸۰ هزار سال پس از مهبانگ می‌آید. این روش به پاسخی به کلی متفاوت برای ثابت هابل می‌رسد و کیهان‌شناسان را گیج و سرگشته به جا می‌گذارد!

سهراب برهانیان، فیزیکدان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا می‌گوید: «موج‌های گرانشی می‌توانند یک راهکار متفاوت برای اندازه‌گیری ثابت هابل به ما بدهند.»

هنگامی که اجرام بزرگی (پُرجرمی) مانند سیاهچاله‌ها یا ستارگان نوترونی با هم برخورد می‌کنند، بافت فضازمان را می‌پیچانند و موج‌های گرانشی پدید آورده و می‌گسیلند. از سال ۲۰۱۵، آشکارساز لایگو در آمریکا و همتای اروپایی‌اش، ویرگو کارِ گوش دادن به این برخوردها را که در آشکارسازهایشان مانند زنگوله‌های کوچکی زنگ می‌زنند آغاز کرده‌اند.

این رویدادها بسته به دوری و نزدیکی‌شان از زمین، با نواهای بلندتر یا آرام‌تری به گوش لایگو می‌رسند و این به دانشمندان امکان می‌دهد تا بتوانند فاصله‌ی رویداد را اندازه بگیرند. در برخی موارد، ههمه‌ی گرانشی این رویدادها با درخشِ نوری هم همراه می‌شود که ممکن است اخترشناسان بتوانند آن را در تلسکوپ‌ها هم ببینند و آگاهی‌های مربوط به سرعتِ دور شدن آن اجرام از ما را هم به دست بیاورند.

تاکنون پژوهشگران تنها یک نمونه از چنین رویدادی را که هم موج‌های گرانشی و هم سیگنال نور داشته باشد دیده‌اند، برخورد دو ستاره‌ی نوترونی که در سال ۲۰۱۷ با آشکارسازهای لایگو و چند تلسکوپ دیده شد. فیزیکدانان از روی این رویداد یک مقدار برای ثابت هابل محاسبه کرده‌اند، هر چند که به گفته‌ی برهانیان، نوار خطا به اندازه‌ایست که هم با مقدارِ به دست آمده از ستارگان قیفاووسی و هم با مقدارِ به دست آمده از سی‌ام‌بی همپوشانی پیدا می‌کند.

پژوهش پیشین نشان می‌داد که کیهان‌شناسان باید حدود ۵۰ نمونه از چنین رویدادی -که بسیار هم کمیاب است- را ببینند تا بتوانند به یک برآورد دقیق‌تر برای ثابت هابل برسند.

آژیرهای تاریک یک مسیرِ سریع‌تر را به ما می‌دهند. این برخوردها هیچ سیگنال نوری که دربردارنده‌ی آگاهی‌های مهم درباره‌ی سرعت است به همراه ندارند. این رویدادهای ناپیدا که تنها از راه امواج گرانشی آشکار می‌شوند رایج‌ترین سیگنال‌هایی هستند که در لایگو و دیگر آشکارسازهای موج گرانشی دریافت می‌شوند.

انتظار می‌رود آشکارسازهای لایگو در پنج سال آینده به گونه‌ای بروزرسانی شود که بتوانند جزییات بسیار بیشتری را از سیگنال‌های موج گرانشی بیرون بکشند و رویدادهای بسیار بیشتری را آشکار کنند، از جمله نمونه‌های بیشتری از آژیرهای تاریک. به تازگی آشکارساز موج گرانشی کامیوکا (کاگرا، KAGRA) در ژاپن هم به تاسیسات آمریکایی و اروپایی پیوسته و یک آشکارساز هندی نیز در حدود سال ۲۰۲۴ آغاز به کار خواهد کرد.

برهانیان می‌گوید این شبکه باید روزی توانایی این را پیدا کند که جای یک برخوردِ آژیر تاریک را با دقتی ۴۰۰ برابرِ آنچه دانشمندان امروز می‌توانند در آسمان پیدا کند. چنین اطلاعاتی به دانشمندان امکان می‌دهد یک کهکشان را در جایگاه دقیقی که برخورد در آن روی داده شناسایی کنند و سپس سرعت دور شدن این کهکشان از زمین را اندازه بگیرند. در آن هنگام دیگر نیازی به یافتن یک سیگنال نورِ همراه هم نخواهد بود.

برهانیان و گروهش نشان داده‌اند که برخوردهای میان اجرامی که به ویژه بلند، سنگین یا با جرم نابرابر هستند، چیزی که این دانشمندان به نام آژیرهای تاریکِ طلایی می‌نامند، به ویژه سرشار از اطلاعات خواهند بود و داده‌هایی برای ما فراهم خواهند کرد که شاید با آنها بشود یک برخوردِ موج گرانشی را آن چنان دقیق پیدا کرد که بتوان به کمکش ثابت هابل را با دقت بالا اندازه گرفت.

وی می‌گوید: «ما می‌توانیم این کار را به جای ۵۰ رویداد، با تنها یک رویداد انجام دهیم.» و این شاید برای گراییدنِ جامعه‌ی کیهان‌شناسان به یک اندازه‌گیری یا اندازه‌گیری‌های دیگر بسنده کند. برهانیان یافته‌های گروه خود را در نشست ماه آوریلِ جامعه‌ی فیزیک آمریکا در ۱۸ آوریل ارایه خواهد کرد.

مایا فیشباخ، اخترشناس موج گرانشی و یکی از اعضای گروه لایگو از دانشگاه نورث‌وسترن در اوانستون ایلینوی که در این پژوهش شرکت نداشت می‌گوید آژیرهای تاریک چون توان این را خواهند داشت که تنها از راه فیزیک محض چنین سنجش‌های عالی‌ای برای فاصله انجام دهند «بی‌اندازه تک و یگانه و بی‌اندازه پاکیزه و جذابند.»

وی می‌گوید یافته‌های این گروه نشان می‌دهد که لایگو و همتایانش در سراسر جهان باید جستجو برای یافتن شمار بیشتری از رویدادهای محدود و دقیق-جایابی شده در آینده‌ی نزدیک را آغاز کنند. گرچه به گفته‌ی فیشباخ، شاید سنجش‌های دیگر بتوانند گره ثابت هابل را زودتر از آژیرهای تاریک بگشایند.

با این همه، فیشباخ برای این که زمینه‌ی کیهان‌شناسیِ امواج گرانشی در آینده بتواند به پرسش‌های بنیادین دیگری هم پاسخ دهد هیجان‌زده است، پرسش‌هایی مانند سرشت و جزییات انرژی تاریک، چیستیِ رازگونه‌ای که گسترش کیهان را شتابدار کرده.

--------------------------------------------
در هیمن زمینه:
* چهار راز بزرگ کیهان‌شناسی که امواج گرانشی می توانند آن ها را آشکار کنند


--------------------------------------------

تلگرام، توییتر، و اینستاگرام یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies
twitter.com/1star_7sky
instagram.com/1star.7sky

واژه‌نامه:

gravitational wave - dark siren - Hubble constant - expansion - black hole - neutron star - Earth - galaxy - American - Edwin Hubble - star - Cepheids - Big Bang - cosmic microwave background - CMB - Ssohrab Borhanian - Pennsylvania State University - space-time - U.S. - Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory - LIGO - European - Virgo - Kamioka Gravitational Wave Detector - KAGRA - Japan - Indian - American Physical Society - Maya Fishbach - Northwestern University - Evanston - Illinois - dark energy

منبع: لایوساینس
برگردان: یک ستاره در هفت آسمان

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه